東灘煤礦灌漿防滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)

周朋+楊曉彤

2.兗州煤業(yè)股份有限公司濟(jì)寧三號(hào)煤礦，山東 濟(jì)寧 272169）

摘 要：根據(jù)煤炭礦井設(shè)計(jì)防火規(guī)范，開(kāi)采容易自燃煤層的礦井或采用放頂煤開(kāi)采自燃煤層的礦井，必須建立以灌漿為主的兩種及以上綜合防滅火系統(tǒng)，并必須建立火災(zāi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。本文以東灘煤礦為例，分析灌漿系統(tǒng)和常用的灌漿方法。通過(guò)計(jì)算，確定工作面灌漿量、灌漿管道管徑以及各采區(qū)的輸漿倍線。

關(guān)鍵詞：自燃；井下防滅火；灌漿

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.15.044

東灘煤礦位于山東省鄒城市境內(nèi)。井田南北長(zhǎng)約12.5km，東西寬約4.8km，面積約 59.96km2。礦井于1989年12月建成投產(chǎn)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為4.0Mt/a，目前核定生產(chǎn)能力7.5Mt/a。

根據(jù)中國(guó)礦業(yè)大學(xué)2014年11月編制的《東灘煤礦煤自燃傾向性鑒定報(bào)告》，礦井主采3（3上）、3下煤層為Ⅱ類(lèi)自燃煤層?！睹旱V安全規(guī)程》（2016）第260條要求：開(kāi)采容易自燃和自燃煤層的礦井，必須編制礦井防滅火專(zhuān)項(xiàng)設(shè)計(jì)，采取綜合預(yù)防煤層自然發(fā)火的措施。

1 灌漿系統(tǒng)

目前，礦井采用地面分區(qū)灌漿系統(tǒng)，地面設(shè)有3個(gè)制漿站，分別為工業(yè)場(chǎng)地灌漿站、北風(fēng)井灌漿站和西風(fēng)井灌漿站。根據(jù)本礦井的地理位置及地面條件，3個(gè)制漿站均采用坑口電廠粉煤灰作為灌漿材料。工業(yè)場(chǎng)地灌漿站所用粉煤灰由坑口電廠直接風(fēng)力輸送到灰倉(cāng)；北風(fēng)井、西風(fēng)井灌漿站所用粉煤灰由坑口電廠運(yùn)至制漿站。灌漿站采用輸灰系統(tǒng)將粉煤灰注入制漿池內(nèi)，并使用攪拌機(jī)攪拌下漿。

工業(yè)場(chǎng)地灌漿站：設(shè)有2個(gè)制漿池和2臺(tái)YNJ1700-14型移動(dòng)攪拌機(jī)，每個(gè)制漿池容積50m?，該制漿站灌漿能力50m?/h；北風(fēng)井灌漿站設(shè)有4個(gè)制漿池和4臺(tái)YNJ1700-14型移動(dòng)攪拌機(jī)，每個(gè)制漿池容積20m?，制漿站灌漿能力30m?/h；西風(fēng)井灌漿站設(shè)有4個(gè)制漿池和4臺(tái)YNJ1700-14型移動(dòng)攪拌機(jī)，每個(gè)制漿池容積20m?，制漿站灌漿能力30m?/h。

2 灌漿方法

采用地面灌漿站集中制漿，靜壓灌漿的方式。井下灌漿方法主要有隨采隨灌和采后灌漿方法。隨采隨灌是灌漿與采煤工作面保持一定距離，隨工作面的推進(jìn)而灌注粉煤灰漿。采后灌漿就是在工作面采完封閉后灌漿。根據(jù)本礦井實(shí)際情況，主要采用埋管隨采隨灌和采后灌漿相結(jié)合的灌漿方法。灌漿防滅火的主要地點(diǎn)是采煤工作面采空區(qū)開(kāi)切眼、停采線、兩順槽、斷層構(gòu)造帶等。為了提高灌漿防火效果，可在粉煤灰漿中加適量的阻化劑等，以達(dá)到良好的防火目的。

3 灌漿系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)

3.1 工作面灌漿量計(jì)算

式中，Qw：工作面灌漿量，m3/h；G：工作面日產(chǎn)煤量，22727t/d（7.5Mt/a）；W：工作面注漿寬度，取100m；h：粉煤灰泥漿覆蓋厚度，取0.15m；δ：灰水比的倒數(shù)，灰水比應(yīng)為1：2～1：5，取3；M：漿液制成率，取0.9；ρc：煤的容重，1.32t/m3；H：工作面回采高度，綜放工作面取割煤高度加放頂煤高度乘以頂煤回收率，取4.3m；L：工作面長(zhǎng)度，取250m； N：注漿添加劑防滅火效率因子，取1；t：日注漿時(shí)間，取10h/d。

經(jīng)計(jì)算：Qw=22727×100×0.15×（3+1）×0.9/（1.32×4.3×250×10）=86.5m3/h。

3.2 礦井制漿站能力校核

目前，工業(yè)場(chǎng)地灌漿站灌漿能力50 m?/h，服務(wù)于一、三、四、六、十四等目前礦井所有生產(chǎn)采區(qū)；北風(fēng)井灌漿站灌漿能力30m?/h，服務(wù)于一、三、十四采區(qū)；西風(fēng)井灌漿站灌漿能力30m?/h，服務(wù)于四、六采區(qū)。

設(shè)計(jì)礦井達(dá)到7.5Mt/a生產(chǎn)能力時(shí)，共布置兩個(gè)采煤工作面同時(shí)生產(chǎn)。根據(jù)上述灌漿量計(jì)算結(jié)果可知，礦井3個(gè)制漿站制漿能力能夠滿足目前礦井生產(chǎn)時(shí)灌漿需要。

3.3 輸漿倍線

N=L/H

式中，N：輸漿倍線；L：進(jìn)漿管口至灌漿地點(diǎn)距離，m；H：進(jìn)漿管口至灌漿地點(diǎn)垂高，m。

經(jīng)計(jì)算，主采采區(qū)生產(chǎn)時(shí)輸漿倍線如下：

三采區(qū)：工業(yè)場(chǎng)地灌漿站灌漿困難時(shí)期：L=11520m，H=630m，N=18。六采區(qū)：工業(yè)場(chǎng)地灌漿站灌漿困難時(shí)期：L=6170m，H=700m，N=8。西風(fēng)井灌漿站灌漿困難時(shí)期：L=8310m，H=750m，N=11。十四采區(qū)：工業(yè)場(chǎng)地灌漿站灌漿困難時(shí)期：L=8340m，H=570m，N=15；北風(fēng)井灌漿站灌漿困難時(shí)期：L=6820m，H=570m，N=12。

經(jīng)分析，六采區(qū)灌漿困難時(shí)期及十四采區(qū)北風(fēng)井灌漿站灌漿困難時(shí)期輸漿倍線較小，灌漿較為容易；三、十四采區(qū)工業(yè)場(chǎng)地灌漿站灌漿困難時(shí)期輸漿倍線較大，灌漿較為困難，現(xiàn)場(chǎng)可通過(guò)適當(dāng)增大水灰比或局部加壓解決輸漿問(wèn)題。

3.4 輸漿管道管徑內(nèi)徑選擇

輸漿管道管徑內(nèi)徑選擇不應(yīng)大于臨界直接，臨界直徑可按下式計(jì)算：

式中，D1：管道臨界直徑（內(nèi)徑），m；Q：管道通過(guò)流量，取86.5m3/h； α：固體顆粒的抑紊減阻系數(shù)，取0.9； λ：水的摩阻系數(shù)，取0.0222；ɡ：重力加速度，m/s2； ρS：灌漿材料真密度，取2.4t/m3； ρ：水的密度，1t/m3； ρm：漿液密度，取1.7t/m3；Δ：注漿管道當(dāng)量粗糙度，鋼管取0.000046m； ω：顆粒平均自由沉降速度，可取0.001～0.01（m/s），取0.05m/s；

帶入求得：D1=0.146m。

輸漿管道采用無(wú)縫鋼管，干管規(guī)格：D159×10，支管規(guī)格：D108×4。

3.5 地面灌漿站工作制度

目前地面注漿站的年工作日與礦井相同。日工作制采用2班注漿，每班注漿時(shí)間最大為5小時(shí)。

參考文獻(xiàn)：

[1]張榮立，何國(guó)瑋.采礦工程設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2010：3454-3480.

[2]GB 51078—2015，煤炭礦井設(shè)計(jì)防火規(guī)范[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2015.

作者簡(jiǎn)介：周朋（1989-），男，碩士研究生，主要從事機(jī)制、選煤工作。